发电机励磁装置虚拟仿真系统的研究

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励磁装置是控制同步发电机电压和无功功率的重要设备,提升励磁装置的控制性能一直被认为是提高和改善电力系统稳定性的主要措施之一。励磁装置从生产制造到实际投运要经过出厂测试、现场参数整定以及运行人员培训等环节,这些环节大多都需要在励磁装置通电情况下进行,受到工程进度的限制,因此励磁仿真系统应运而生。本文开发的励磁仿真系统目的是对励磁装置触摸屏进行测试和维护、对现场机组的动态参数进行优化和预整定,还可以对电厂技术与运行人员进行励磁系统原理与操作培训,同时能用于高校电力系统自动装置等课程的实验教学。采取Lab VIEW和MATLAB/Simulink联合仿真的方法来设计虚拟仿真系统。首先在Simulink中搭建发电机、励磁机、励磁调节器PID超前-滞后校正环节以及整流桥等动态系统仿真模型。然后在Lab VIEW中设计仿真系统界面,包括主界面、测试子界面和学习子界面,编写数据的传输与接收程序、操作功能程序和励磁限制器程序。用DLL动态链接库的方式实现Simulink仿真模型Lab VIEW之间的数据交换,完成整体仿真实验功能。其中,发电机、励磁装置和负荷皆采用模块化设计,便于推广。在实现仿真实验功能的基础上,提出一种基于遗传算法和BP神经网络的PID参数整定方法,以实现励磁仿真系统针对特定机组的动态参数优化功能。该方法可以实现励磁装置初始投运时动态参数的离线整定。先构建以PID参数为输入、动态特性参数为输出的BP神经网络,在MATLAB中编写m函数自动采集Simulink仿真模型的实验结果作为数据集,再采用遗传算法优化BP神经网络的初始权值和阈值,训练优化后的BP神经网络得到PID动态特性预测模型,然后使用自适应遗传算法对PID动态特性预测模型的输出进行迭代寻优,得到控制效果最佳的PID参数。最后,利用本发电机励磁虚拟仿真系统对实际励磁装置进行测试和学习,验证其可行性;并对励磁装置进行动态参数优化,通过与工程整定法及BP-GA法的对比,结果表明该仿真系统整定得到的PID参数响应速度更快,超调量更小。在RTDS中搭建仿真模型进行实验,证实该虚拟仿真系统仿真结果的可靠性后,将整定得到的PID参数应用在实际机组进行试验,验证虚拟仿真系统实验结果的真实性、有效性。
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